[發明專利]一種無電解質/零極距電解體系電解純水制備臭氧的裝置及方法

在審

• 申請號: 202310535539.6
• 申請日: 2023-05-12
• 公開（公告）號: CN116426947A
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 馬軍;何旭;賈文強
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C25B9/23
• 分類號: C25B9/23;C25B9/63;C25B1/13
• 代理公司: 哈爾濱市松花江聯合專利商標代理有限公司 23213
• 代理人: 侯靜

一種無電解質/零極距電解體系電解純水制備臭氧的裝置及方法，涉及電化學制備臭氧技術領域。本發明將BDD電極作為催化電極，利用其制備Osubgt;3/subgt;。并且在產生臭氧的同時，能夠產生氧化活性強的自由基，從而利用自由基去降解廢水中的有機污染物。方法：按照BDD電極?全氟磺酸質子交換膜?不銹鋼電極的順序進行組裝，然后通過分別夾住陽、陰極，并通過電極夾上的導線與電源的正、負極電連接，再將固定后的BDD電極?全氟磺酸質子交換膜?不銹鋼電極置于電解池內，得到無電解質/零極距電解體系電解純水裝置；將電解池內加入純水，電解純水制備臭氧。本發明可獲得一種無電解質/零極距電解體系電解純水制備臭氧的裝置及方法。

技術領域

本發明涉及電化學制備臭氧技術領域，具體涉及一種無電解質/零極距電解體系電解純水制備臭氧的裝置及方法。

背景技術

自從報道電化學技術產生以來，許多研究者對其進行了深入地研究。最值得關注的是可以利用電化學技術制備臭氧，電流和電壓是運行過程中主要控制點，自動化水平較高，反應裝置體積小。此外，在電化學氧化技術中，還會產生其它活性自由基，已廣泛應用于印染、冶煉和電鍍等行業廢水的處理。在處理復雜廢水中一些難降解有機污染物的過程中，電化學氧化表現出了令人滿意的去除效果。

然而，電化學技術在制備臭氧過程中也存在著兩點主要的缺陷：一是電極材料，催化電極在電催化反應器中處于“心臟”地位，是電催化高級氧化技術中的關鍵問題。性能良好的催化電極要求具有較強的耐腐蝕性，還需要有較好的催化活性。開發高效經濟的電極材料是電化學技術制備臭氧發展的重要方向，也是目前研究的難點和熱點。二是對于電解質，根據以往的研究，在產生臭氧過程中需要添加大量電解質或者在強酸性條件下，這就需要對反應后的溶液進行除鹽和降酸處理，增大成本。因此，如何在不添加電解質或者在中性條件的情況下制備臭氧是研究難點，亟需廣大科研人員進行研究。

為了克服以上缺陷，研究人員進行了大量的探討，最常規的做法就是對不耐腐蝕，穩定性差的催化電極進行改性，以提高它的穩定性和耐腐蝕性。然而，改性后制備臭氧時僅僅降低了電解質濃度和酸性，并沒有達到綠色的標準。因此，我們需要探究尋求一種穩定性好，催化活性高，綠色無污染，電轉換效率高電極。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術存在的問題，而提供一種無電解質/零極距電解體系電解純水制備臭氧的裝置及方法。

一種無電解質/零極距電解體系電解純水制備臭氧的裝置，由陽極、陰極、全氟磺酸質子交換膜、電解池和電源組成，所述的陽極、陰極和全氟磺酸質子交換膜設置在電解池內，全氟磺酸質子交換膜設置在陽極和陰極之間；所述的電源的正極通過導線與陽極電連接，電源的負極通過導線與陰極電連接。

利用所述的無電解質/零極距電解體系電解純水裝置制備臭氧的方法，按以下步驟進行：

步驟一：在BDD(摻硼金剛石)電極和不銹鋼電極的兩側均粘貼銅導電膠，同時按照BDD電極-全氟磺酸質子交換膜-不銹鋼電極的順序進行組裝，并利用扎帶進行固定，然后通過分別夾住陽、陰極，并通過電極夾上的導線與電源的正、負極電連接，再將固定后的BDD電極-全氟磺酸質子交換膜-不銹鋼電極置于電解池內，得到無電解質/零極距電解體系電解純水裝置；

步驟二：將電解池內加入純水，然后在5～15V的電壓條件下電解純水制備臭氧。

本發明的有益效果：

(1)由于BDD電極具有極高的析氧電位、最寬的電化學窗口、極低的析氫電位及耐強酸強堿腐蝕，是電化學技術制備臭氧的理想陽極材料。因此本發明將BDD電極作為催化電極，利用其制備O₃。并且在產生臭氧的同時，能夠產生氧化活性強的自由基從而利用自由基去降解廢水中的有機污染物。

(2)本發明采用電極零極距方式進行組合，能夠在不添加任何電解質的純水中實現臭氧的制備，此外陰極采用不銹鋼電極，減小了運行成本。同時，在電極和質子膜循環利用方面，兩者都達到了良好的循環利用性。